Физико-химические свойства фунгицидов для защиты зерновых культур

Интенсификация технологий возделывания зерновых культур во всем мире привела к росту применения средств защиты растений, в том числе фунгицидов. Это обусловило появление на рынке большого количества препаратов и действующих веществ.

Несмотря на это, нередки случаи, когда информация о новых действующих веществах и химических классах, особенно недавно появившихся на рынке средств защиты растений, немногочисленна и не затрагивает особенностей их поведения в растении (подвижности), характера действия на патологический процесс, а зачастую и вовсе отсутствует. В то же время даже для известных соединений и классов, которые давно используются в сельскохозяйственной практике, информация о способности передвигаться в растениях весьма противоречива и зачастую субъективна.

В связи с этим представляло интерес проанализировать фунгициды (здесь и далее под этим словом имеется в виду действующее вещество, обладающее фунгицидной активностью) с точки зрения физико-химических свойств. Это позволяет оценить их способность к перемещению в растении и предположить действие на определенные стадии патологического процесса.

Существует несколько классификаций фунгицидов по подвижности. В одной из них действующие вещества разделяют на контактные и системные. В группу системных попадают также трансламинарные соединения, которые иногда называют «локально системные».

По нашему мнению, такое разграничение является очень упрощенным и не учитывает всех особенностей перемещения молекул в растениях, что затрудняет анализ данных литературы и понимание характера действия фунгицидов. При таком подходе к группе системных действующих веществ относятся передвигающиеся акропетально (вверх) и базипетально (вниз), а интерпретация степени системности и локальной системности молекулы довольно субъективна.

Существует и другая классификация действующих веществ по подвижности в растении. Так, фунгициды делятся на контактные и проникающие в растение. В свою очередь последние включают локальные, акропетальные и системные (табл. 1).

Таблица 1. Классификация фунгицидов по подвижности в растении (по R. Latin, 2011)

Некоторые фунгициды проявляют активность в газовой среде. После обработки они накапливаются в восковом слое кутикулы, из которого могут испаряться, перемещаться в газовой фазе, а затем вновь попадать на лист и проникать внутрь.

К основным свойствам действующих веществ, характеризующим их подвижность в растении, относятся:

• растворимость молекул в воде;
• липофильность;
• константа диссоциации.

Растворимость, выраженная в мг/л или ppm (parts per million), – это максимальное количество молекул вещества, способных раствориться в воде. По этому показателю соединения можно разделить на 7 групп: от нерастворимых (например, метрафенон, биксафен и др.) до чрезвычайно высокорастворимых (металаксил и металаксил-М).

Таблица 2. Растворимость фунгицидов

* Согласно Pereira et al., 2016

Липофильность (коэффициент распределения) – это способность молекулы растворяться в липофильных (не водных) растворах. Ее обозначают обычно как LogP (=LogK_ow). Чем выше значение LogP, тем более выражены липофильные свойства молекулы.

Данный показатель является важным для понимания прохождения фунгицида через первый естественный барьер – кутикулу листа. Поскольку в ее состав входят различные жирорастворимые (липофильные) соединения (воски, кутин), одни молекулы способны легко проходить через кутикулу, другие – нет.

Так, липофильные фунгициды имеют сильное сродство к липидам, поэтому после обработки хорошо проникают в восковой слой кутикулы. В растении такие соединения перемещаются локально, в некоторых случаях – трансламинарно (с обработанной стороны листа на необработанную).

Гидрофильные (нерастворимые в жирах) молекулы имеют некоторые проблемы с прохождением через кутикулу, но, попадая внутрь обработанных тканей, движутся с током воды (по ксилеме) вверх по растению.

В зарубежной литературе приводятся различные градации между высокой и низкой липофильностью фунгицидов. По одним данным, для веществ, двигающихся акропетально, оптимальный коэффициент распределения составляет 1,5-3,0, по другим – верхней границей способности молекул передвигаться акропетально является значение LogP = 3,2. При значениях LogP ≥ 4 действующее вещество проявляет сильные липофильные свойства.

Константа диссоциации кислоты (pKa) – показатель силы кислотных свойств молекулы, который оказывает влияние на коэффициент распределения для слабых кислот и аминов. Чем ниже значение константы диссоциации кислоты, тем более сильные кислотные свойства у молекулы и тем выше ее растворимость (и подвижность). Действующие вещества, проявляющие свойства слабых кислот, способны перемещаться по флоэме. К таким молекулам относятся, например, многие гербициды, однако среди фунгицидов так перемещается только фосэтил алюминия, который на зерновых культурах не применяют.

Сведения об используемых в нашей стране действующих веществах, их химической классификации и основных физико-химических свойствах представлены в таблице 3.

Таблица 3. Коэффициенты распределения (LogP) и константы диссоциации кислот (pKa) фунгицидов, применяемых для защиты зерновых культур от болезней

 * Согласно FRAC Code List 2024; **согласно Pesticide Properties DataBase; н/п – не применимо.

Для графического отображения подвижности действующих веществ в растениях можно использовать модель Бромилова, где на оси X представлены значения липофильности (LogP), а по оси Y (для полярных молекул) – константы диссоциации (pKa).

Модель Бромилова для прогнозирования подвижности действующих веществ фунгицидов в растениях

Модель Бромилова позволяет спрогнозировать поведение молекул в растении, а также дает представление об их влиянии на патологический процесс. Например, у флутриафола LogP = 2,3, pKa = 2,3, что обеспечивает хорошую способность передвигаться в растении акропетально. С учетом этого фунгицид обладает выраженными лечебными свойствами. Вместе с тем у проквиназида LogP = 5,5, что обусловливает его хорошие профилактические (защитные) свойства.

Таким образом, основными показателями, позволяющими спрогнозировать системность фунгицидов, являются липофильность (коэффициент распределения), растворимость в воде и константа диссоциации. Следует отметить, что анализ мобильности молекул в растении только на основании одного из физико-химических свойств, представленных в данной публикации, некорректен.

Статья была опубликована в в специализированном научном журнале «Наше сельское хозяйство», май 2025 года.